(57)【要約】【課題】多様な条件に対応して、燃料電池のセル内の含水量を適正に調整する。【解決手段】燃料電池のセル内の含水量を制御する方法であって、燃料電池のセルのアノード電極側に供給される水素ガスの流量と圧力を、制限条件を満たすように調整して、燃料電池のセル内の含水量を制御する。セル内の含水状態を検出し、当該検出結果に基づいて、セル内の含水量が目標含水量になるように水素ガスの流量と圧力が調整される。
2011018856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のセル内の含水量を制御する方法であって、
燃料電池のセルのアノード電極側に供給される燃料ガスの流量と圧力を、制限条件を満たすように調整して、燃料電池のセル内の含水量を制御する、燃料電池の含水量制御方法。
【請求項２】
前記制限条件は、燃料ガスの流量が、セル内のカソード電極側からアノード電極側へ移動する水移動量が上限となる流量を超えないことである、請求項１に記載の燃料電池の含水量制御方法。
【請求項３】
前記制限条件は、セル内のアノード電極側に供給される燃料ガスの所定の分圧を確保することである、請求項１又は２に記載の燃料電池の含水量制御方法。
【請求項４】
前記制限条件は、セル内のアノード電極側から排出されるガスの排出性を確保することである、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池の含水量制御方法。
【請求項５】
前記制限条件は、前記燃料電池から排出されたオフガスを処理して前記燃料電池のセル内のアノード電極に供給するためのガス循環装置の動力損失の上限を超えないことである、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池の含水量制御方法。
【請求項６】
セル内の含水状態を検出し、当該検出結果に基づいて、前記セル内の含水量が目標含水量になるように前記燃料ガスの流量と圧力を調整する、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池の含水量制御方法。
【請求項７】
前記セルのアノード電極側のガス流路のアノード電極面内における所定位置の含水状態を検出し、当該検出結果に基づいて、前記セルの前記所定位置の含水量が目標含水量になるように前記燃料ガスの流量と圧力を調整する、請求項６に記載の燃料電池の含水量制御方法。
【請求項８】
燃料電池を有する燃料電池システムであって、
燃料電池のセルのアノード電極側に供給される燃料ガスの流量と圧力を、制限条件を満たすように調整して、燃料電池のセル内の含水量を制御する制御部を有する、燃料電池システム。
【請求項９】
前記制限条件は、燃料ガスの流量が、セル内のカソード電極側からアノード電極側へ移動する水移動量が上限となる流量を超えないことである、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制限条件は、セル内のアノード電極側に供給されるガスの所定の分圧を確保することである、請求項８又は９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制限条件は、セル内のアノード電極側から排出されるガスの排出性を確保することである、請求項８〜１０のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制限条件は、前記燃料電池から排出されたオフガスを処理して前記燃料電池のセル内のアノード電極に供給するためのガス循環装置の動力損失の上限を超えないことである、請求項８〜１１のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
セル内の含水状態を検出する検出部材を有し、
前記制御部は、前記検出部材による検出結果に基づいて、前記セル内の含水量が目標含水量になるように前記ガスの流量と圧力を調整する、請求項８〜１２のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記検出部材は、前記セルのアノード電極側のガス流路のアノード電極面内における所定位置の含水状態を検出し、
前記制御部は、前記検出部材による検出結果に基づいて、前記セルの前記所定位置の含水量が目標含水量になるように前記ガスの流量と圧力を調整する、請求項１３に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の含水量制御方法及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られているように、固体高分子型の燃料電池で効率良く発電を行うには、セル内を適度な湿潤状態とし、燃料電池内の水分量を過不足な状態にしないことが望ましい。燃料電池のセル内における水分量を制御する技術として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１の技術では、アノード電極側のガス（例えば水素ガス）の圧力を低下させて、カソード電極側からアノード電極側への水移動量を増加させ、セル内の含水量を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０３１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実際、アノード電極側のガス圧力を低下させただけでは、所望の含水量に調整できない場合がある。例えば含水量を増加させようと、ガス圧力を極端に低下させると、アノード電極側の水素ガス分圧が低下し、燃料電池の発電出力が低下することがある。また、アノード電極側のガス圧力を極端に低下させると、圧力差を用いた、アノード電極側から外部へのオフガスなどの排出が十分に行われない可能性がでてくる。【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、多様な条件に対応して、燃料電池のセル内の含水量を適正に調整可能な燃料電池の含水量制御方法及び燃料電池システムを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、燃料電池のセル内の含水量を制御する方法であって、燃料電池のセルのアノード電極側に供給される燃料ガスの流量と圧力を、制限条件を満たすように調整して、燃料電池のセル内の含水量を制御する。【０００７】
本発明によれば、燃料電池のセルのアノード電極側に供給される燃料ガスの流量と圧力を調整し、多様な制限条件に対応して、セル内の含水量を適正に調整できる。【０００８】
前記制限条件は、燃料ガスの流量が、セル内のカソード電極側からアノード電極側へ移動する水移動量が上限となる流量を超えないことであってもよい。【０００９】
また、前記制限条件は、セル内のアノード電極側に供給される燃料ガスの所定の分圧を確保することであってもよい。【００１０】
さらに、前記制限条件は、セル内のアノード電極側から排出されるガスの排出性を確保することであってもよい。【００１１】
前記制限条件は、前記燃料電池から排出されたオフガスを処理して前記燃料電池のセル内のアノード電極に供給するためのガス循環装置の動力損失の上限を超えないことであってもよい。【００１２】
上記燃料電池の含水量制御方法において、セル内の含水状態を検出し、当該検出結果に基づいて、前記セル内の含水量が目標含水量になるように前記燃料ガスの流量と圧力を調整してもよい。【００１３】
上記燃料電池の含水量制御方法において、前記セルのアノード電極側のガス流路のアノード電極面内における所定位置の含水状態を検出し、当該検出結果に基づいて、前記セルの前記所定位置の含水量が目標含水量になるように前記燃料ガスの流量と圧力を調整するようにしてもよい。【００１４】
別の観点による本発明は、燃料電池を有する燃料電池システムであって、燃料電池のセルのアノード電極側に供給される燃料ガスの流量と圧力を、制限条件を満たすように調整して、燃料電池のセル内の含水量を制御する制御部を有する。【００１５】
本発明によれば、燃料電池のセルのアノード電極側に供給される燃料ガスの流量と圧力を調整し、多様な制限条件に対応して、セル内の含水量を適正に調整できる。【００１６】
前記制限条件は、燃料ガスの流量が、セル内のカソード電極側からアノード電極側へ移動する水移動量が上限となる流量を超えないことであってもよい。【００１７】
前記制限条件は、セル内のアノード電極側に供給される燃料ガスの所定の分圧を確保することであってもよい。【００１８】
前記制限条件は、セル内のアノード電極側から排出されるガスの排出性を確保することであってもよい。【００１９】
前記制限条件は、前記燃料電池から排出されたオフガスを処理して前記燃料電池のセル内のアノード電極に供給するためのガス循環装置の動力損失の上限を超えないことであってもよい。【００２０】
上記燃料電池システムは、セル内の含水状態を検出する検出部材を有し、前記制御部は、前記検出部材による検出結果に基づいて、前記セル内の含水状態が目標含水量になるように前記燃料ガスの流量と圧力を調整するようにしてもよい。【００２１】
前記検出部材は、前記セルのアノード電極側のガス流路のアノード電極面内における所定位置の含水状態を検出し、前記制御部は、前記検出部材による検出結果に基づいて、前記セルの前記所定位置の含水量が目標含水量になるように前記燃料ガスの流量と圧力を調整するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】燃料電池の斜視図である。
【図２】燃料電池の内部の一部を示す側面図である。
【図３】単セルの断面図である。
【図４】セパレータの平面図である。
【図５】燃料電池システムの構成図である。
【図６】制御装置の機能ブロック図である。
【図７】セル内の含水量の制御方法を示すフローチャートである。
【図８】セル内の含水量の一例を示すグラフである。
【図９】水素ガスの圧力を低下させたときのセル内の含水量の一例を示すグラフである。
【図１０】水素ガスの流量を増加させたときのセル内の含水量の一例を示すグラフである。
【図１１】水素ガス流量と水移動量の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。先ず、燃料電池を有する燃料電池システムの概要について説明し、次いで、当該燃料電池システムで行われる燃料電池の含水量制御方法について説明する。
【００２４】
図１及び図２に示すように、スタック構造の燃料電池１は、固体高分子電解質型の単セル２を複数積層してなるセル積層体３を有する。セル積層体３の両端にある単セル２（以下、「端部セル２ａ」という。）の外側に、それぞれ、集電板５ａ、５ｂ、絶縁板６ａ、６ｂ及びエンドプレート７ａ、７ｂが配置される。テンションプレート８，８がエンドプレート７ａ、７ｂ間に架け渡されてボルト９で固定され、エンドプレート７ｂと絶縁板６ｂとの間に弾性モジュール１０が設けられる。
【００２５】
燃料ガスとしての水素ガス、酸化ガスとしての空気、及び冷媒は、エンドプレート７ａの供給口１１ａ，１２ａ及び１３ａに接続した供給管１４からセル積層体３内のマニホールド１５ａに供給される。その後、水素ガス、空気及び冷媒は、単セル２の平面方向に流れて、セル積層体３内のマニホールド１５ｂに至り、エンドプレート７ａの排出口１１ｂ，１２ｂ及び１３ｂに接続した排出管１６から燃料電池１外に排出される。なお、供給管１４、マニホールド１５ａ，１５ｂ及び排出管１６は、水素ガス、空気及び冷媒の各流体に対応して設けられているが、図２では同一符号を付して説明を省略している。
【００２６】
図３に示すように、単セル２は、ＭＥＡ２０及び一対のセパレータ２２Ａ，２２Ｂを備える。ＭＥＡ２０（膜―電極アッセンブリ）は、イオン交換膜からなる電解質膜２３と、電解質膜２３を挟んだアノード電極２４Ａ及びカソード電極２４Ｂと、で構成される。電極２４Ａには、セパレータ２２Ａの水素流路２５Ａが面し、電極２４Ｂには、セパレータ２２Ｂの空気流路２５Ｂが面する。また、セパレータ２２Ａ，２２Ｂの冷媒流路２６Ａ，２６Ｂが、隣接する単セル２，２間で連通する。単セル２には、図４に示すようにセル２内のアノード電極２４Ａ側の水素流路２５Ａのアノード電極面内における含水状態を検出するセンサＳが設けられている。このセンサＳは、水素流路２５Ａのアノード電極２４Ａ面内の各位置、例えば水素流路２５Ａの入口位置、出口位置、それらの中間位置の含水状態を検出できる。
【００２７】
図４は、セパレータ２２Ａの平面図である。セパレータ２２Ａは、水素流路２５Ａの外側にそれぞれ貫通形成された水素入口２７ａ、空気入口２８ａ、冷媒入口２９ａ、水素出口２７ｂ、空気出口２８ｂ及び冷媒出口２９ｂを有する。入口２７ａ、２８ａ及び２９ａは、それぞれの流体に対応するマニホールド１５ａの一部を構成し、同様に、出口２７ｂ、２８ｂ及び２９ｂは、それぞれの流体に対応するマニホールド１５ｂの一部を構成する。
【００２８】
セパレータ２２Ａでは、水素ガスが入口２７ａから水素流路２５Ａに導入され、出口２７ｂへと排出される。この点、冷媒の流れも同様である。また、詳述しないが、セパレータ２２Ａと同様に構成されたセパレータ２２Ｂでも、その平面方向に空気が流れる。このようにして、単セル２内の電極２４Ａ、２４Ｂに水素ガス及び空気が供給され、それによりＭＥＡ２０内で電気化学反応が生じ、起電力が得られる。また、この電気化学反応により、カソード電極２４Ｂ側で水が生成され、当該水がカソード電極２４Ｂ側からアノード電極２４Ａ側に移動し、セル２内の電解質膜２３等に含有される。
【００２９】
図５に示すように、燃料電池システム１００は、空気配管系３００、水素配管系４００、冷媒配管系５００及び制御装置６００を備える。燃料電池システム１００は、車両、船舶、飛行機、ロボットなどの各種移動体に搭載できるほか、定置型電源にも適用可能である。ここでは、自動車に搭載した燃料電池システム１００を例に説明する。
【００３０】
空気配管系３００は、燃料電池１に空気を給排するものであり、加湿装置３０、供給流路３１、排出流路３２及びコンプレッサ３３を有する。コンプレッサ３３により大気中のエア（低湿潤状態の空気）が取り込まれて加湿装置３０に圧送され、加湿装置３０にて高湿潤状態の酸化オフガスとの間で水分交換が行われる。その結果、適度に加湿された空気が供給流路３１から燃料電池１に供給される。排出流路３２には、燃料電池１のエア背圧を調整する背圧弁３４が設けられる。また、背圧弁３４の近傍には、エア背圧を検出する圧力センサＰ１が設けられる。コンプレッサ３３には、燃料電池１へのエア供給流量を検出する流量センサＦ１が設けられる。
【００３１】
水素配管系４００は、燃料電池１に水素ガスを給排するものであり、水素供給源４０、供給流路４１、循環流路４２及びシャットバルブ４３などを有する。水素供給源４０からの水素ガスは、レギュレータ４４によって減圧された後、インジェクタ４５によって流量及び圧力を高精度に調整される。その後、水素ガスは、循環流路４２上のガス循環装置としての水素ポンプ４６によって圧送された水素オフガスと合流点Ａで合流して、燃料電池１に供給される。循環流路４２には、排気排水弁４８付きの排出流路４７が分岐接続されており、排気排水弁４８を開弁することで、水素オフガスが排出流路３２に排出される。合流点Ａの下流側には、燃料電池１への水素ガスの供給圧力を検出する圧力センサＰ２が設けられる。また、水素ポンプ４６には、流量センサＦ２が設けられる。なお、別の実施態様では、燃料オフガスを水素希釈器などに導入してもよいし、循環流路４２に気液分離器を設けてもよい。
【００３２】
冷媒配管系５００は、燃料電池１に冷媒（例えば冷却水）を循環供給するものであり、冷却ポンプ５０、冷媒流路５１、ラジエータ５２、バイパス流路５３及び切替え弁５４を有する。冷却ポンプ５０は、冷媒流路５１内の冷媒を燃料電池１内へと圧送する。冷媒流路５１は、燃料電池１の冷媒入口側にある温度センサＴ１と、燃料電池１の冷媒出口側にある温度センサＴ２と、を有する。ラジエータ５２は、燃料電池１から排出される冷媒を冷却する。切替え弁５４は、例えばロータリーバルブにより構成され、必要に応じて、ラジエータ５２とバイパス流路５３との間で冷媒の通流を切り替える。
【００３３】
制御装置６００は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。制御装置６００には、各配管系３００，４００，５００を流れる流体の圧力、温度、流量等を検出するセンサ（Ｓ，Ｐ１，Ｐ２，Ｆ１，Ｆ２，Ｔ１，Ｔ２）の検出情報が入力される。また、制御装置６００には、燃料電池１が発電した電流値を検出する電流センサ６１の検出情報のほか、外気温センサ６２、車速センサ６３、アクセル開度センサなどの検出情報が入力される。制御装置６００は、これらの検出情報等に応じて、システム１００内の各種機器（コンプレッサ３３、シャットバルブ４３、インジェクタ４５、水素ポンプ４６、排気排水弁４８、冷却ポンプ５０、切替え弁５４など）を制御し、燃料電池システム１００の運転を統括制御する。また、制御装置６００は、センサＳの検出情報に基づいて、燃料電池１のアノード電極２４Ａ側に供給される水素ガスの流量と圧力を、所定の制限条件を満たすように調整して、燃料電池１のセル２内の含水量を制御する。
【００３４】
図６に示すように、制御装置６００は、所定の制限条件を満たすようにアノード電極２４Ａの水素ガスの流量と圧力を調整して燃料電池１のセル２内の含水量を制御するための機能ブロックとして、例えば記憶部６５、検出部６６、算出部６７及び制御部６８を備える。記憶部６５は、セル２の水素流路２５Ａのアノード電極２４Ａ面内の各位置の目標含水量を決定したり、制限条件を満たすように前記目標含水量を達成するための水素ガス流量と水素ガス圧力を算出したり、それに基づいて水素ガス流量や水素ガス圧力を制御するための各種プログラムや、各種情報を記憶する。検出部６６は、センサＳによるセル２内の含水状態の検出情報を読み込む。算出部６７は、検出部６６で取得された情報等に基づいて、記憶部６５にあるプログラムを実行して、セル２の水素流路２５Ａの所定位置の目標含水量や、制限条件を満たしながら目標含水量を達成するための水素ガス流量と水素ガス圧力を算出する。制御部６８は、算出部６７による結果に基づいて、各種機器に制御指令を送信し、燃料電池１が所望の含水状態になるように運転を制御する。
【００３５】
次に、以上のように構成された燃料電池システム１００で行われる燃料電池１の含水量制御方法の一例について説明する。
【００３６】
本制御例は、燃料電池１のセル２のアノード電極２４Ａ側に供給される水素ガス流量と水素ガス圧力を、所定の制限条件を満たすように調整して、燃料電池１のセル２内の含水量を制御するものである。この制御は、例えば算出部６７からの信号を受けた制御部６８によって実行される。図７は、本制御例のフローチャートである。
【００３７】
先ず、センサＳにより、燃料電池１のセル２の水素流路２５Ａのアノード電極２４Ａ面内の各位置の含水状態が検出され、当該検出結果に基づいて、セル２内に乾き位置があるか否かが判断される（ステップＳ１）。この乾き位置の有無は、例えばセル２内の水素流路２５Ａの各位置の含水量が予め設定された閾値を超えているか否かで判断される。また、この乾き位置の有無の判断は、継続的、断続的、或いは定期的に行われる。
【００３８】
セル２内に乾き位置がある場合には、その乾き位置の目標含水量が定められる（ステップＳ２）。目標含水量は、例えば予め設定されているものが用いられる。例えば図８のグラフで示すような含水量の状態が検出され、アノード電極（ＡＮ）２４Ａ側の水素流路２５Ａのガス入口位置が乾き位置と判断された場合には、当該入口位置の目標含水量Ｇが設定される。なお、水素流路２５Ａ内に乾き位置がない場合には、スタートに戻される。
【００３９】
次に、目標含水量Ｇを達成するために、まずアノード電極２４Ａ側の水素ガス圧力が低下される（ステップＳ３）。この水素ガス圧力の低下は、例えば水素ポンプ４６の出力を上げてオフガスの排気を強く行うことにより実現する。この水素ガスの圧力を低下させることにより、図９に示すようにセル２の水素流路２５Ａの各位置における含水量を示すグラフの線の傾きが大きくなる。これにより、水素流路２５Ａのガス入口位置における含水量が目標含水量Ｇに近づく。
【００４０】
この水素ガス圧力の低下は、アノード電極２４Ａ側の水素流路２５Ａの水素ガスの所定の分圧を確保すること、アノード電極２４Ａ側から排出されるオフガスの排出性を確保することの二つの制限条件を満たすように行われる。
【００４１】
具体的には、水素ガスの分圧を確保することについては、アノード電極２４Ａ側の水素ガスの分圧が予め設定された閾値（下限値）よりも下がらないように、水素ガスの圧力の下限値が定められる。オフガスの排出性については、ガス排出の際大気開放される場合には、水素ガスの圧力の下限値が、大気圧より高くなるように設定される。水素ガスの圧力は、上記制限条件を満たす範囲の最下限の圧力に設定される。これにより、図９のグラフの線の傾きは、上記制限条件を満たす範囲の最大の傾きになる。
【００４２】
次に、目標含水量Ｇを達成するために、アノード電極２４Ａ側の水素ガス流量（体積流量）が増加される（ステップＳ４）。この水素ガス流量の増加は、例えば水素ポンプ４６の出力を上げて循環流量を増大させることにより実現する。この水素ガス流量を増加させることにより、図１０に示すように水素流路２５Ａの各位置に対する含水量を示すグラフの線の値が全体的に大きくなり、グラフの線が上方に移動する。これにより、水素流路２５Ａのガス入口位置における含水量が目標含水量Ｇに到達する。
【００４３】
この水素ガス流量の増加は、水素ポンプ４６の動力損失（水素ポンプ４６の電力消費量）が上限を超えないこと、水素ガス流量がカソード電極（ＣＡ）２４Ｂ側からアノード電極２４Ａ側へ移動する水移動量の上限となる流量を超えないことの二つの制限条件を満たすように行われる。なお、水移動量と水素ガス流量は、図１１に示すような関係にあり、ある値までは、水素ガス流量が増えると水移動量が増えるが、それ以降、水素ガス流量が増えても水移動量が一定になる。  
【００４４】
具体的には、水素ポンプ４６の動力損失の上限については、動力損失を示す水素ポンプ４６の電流値が予め設定された閾値を超えないように、水素ガス流量の上限が定められる。水移動量の上限については、水素ガス流量が、図１１に示したような水移動量の上限になったときの流量Ｌを超えないように設定される。なお、水素ガス流量を流量Ｌに設定してもよい。水素ガス流量が増加され、セル２内の含水量の調整が一旦終了すると、再度スタートに戻され、これが繰り返される。
【００４５】
以上の実施の形態によれば、燃料電池１のセル２のアノード電極２４Ａ側に供給される水素ガスの流量と圧力を調整し、所定の制限条件を満たすようにセル２内の含水量を適正に調整できる。また、本実施の形態の場合、セル２内の乾き位置が適切に解消されるので、例えば燃料電池１の高温運転時の発電が効率的に行われる。
【００４６】
制限条件の一つを、水素ガスの流量が、セル２内のカソード電極２４Ｂ側からアノード電極２４Ａ側へ移動する水移動量が上限となる流量を超えないことにしたので、水移動量に比べて水素ガスの流量が多くなりすぎてガスによるセル２内の水分の持ち去り量が増えて、セル２内が乾燥することを防止できる。これにより、セル２内の水分の減少に起因する発電効率の低下が防止される。
【００４７】
また、制限条件の一つを、セル２内のアノード電極２４Ａ側に供給される水素ガスの所定の分圧を確保することにしたので、水素ガスの分圧が低下し過ぎて燃料電池１の発電量が低下することを防止できる。
【００４８】
さらに、制限条件の一つを、セル２内のアノード電極２４Ａ側から排出されるオフガスの排出性を確保することにしたので、オフガスを適正に排出できる。
【００４９】
制限条件の一つを、水素ガスの流量が水素ポンプ４６の動力損失の上限となる流量を超えないこととしたので、水素ポンプ４６の動力損失が想定以上に大きくなることが防止され、燃料電池システム１００全体のエネルギ効率が悪化することを防止できる。
【００５０】
上記実施の形態では、センサＳによりセル２内の含水状態を検出し、当該検出結果に基づいて、セル２内の含水量が目標含水量になるように水素ガスの流量と圧力を調整しているので、最終的なセル２内の含水量の調整を正確かつ確実に行うことができる。
【００５１】
また、セル２の水素流路２５Ａのアノード電極２４Ａ面内における所定位置の含水状態を検出し、当該検出結果に基づいて、セル２の所定位置の含水量が目標含水量Ｇになるように水素ガスの流量と圧力を調整しているので、セル２内の含水量をより厳密に調整できる。なお、本実施の形態では、水素流路２５Ａのガス入口位置の含水量が目標含水量になるように制御する例であったが、中間位置やガス出口位置などの水素流路２５Ａ内の他の位置の含水量を制御してもよい。
【００５２】
また、以上の実施の形態では、セル２内の乾き位置を検出して、当該乾き位置の含水量を調整していたが、セル２内の水過剰位置を検出して、当該水過剰位置の含水量を調整してもよい。かかる場合、上述の乾き位置を検出した場合と同様に、先ず、水過剰位置の目標含水量が定められ、次に、アノード電極２４Ａ側の水素ガス圧力が上昇され、最後に、アノード電極２４Ａ側の水素ガス流量が減少される。また、この水素ガス圧力の上昇や、水素ガス流量の減少は、上述の実施の形態と同様に所定の制限条件を満たすように行われる。
【００５３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５４】
例えば以上の実施の形態では、燃料電池車両に搭載する燃料電池システム１００について説明したが、燃料電池システムは、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に搭載するものであってもよい。また、燃料電池システムは、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用したものであってもよい。また、燃料ガスは、水素ガスであったが、発電時の電気化学反応による水が生成されるものであれば他のガスであってもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１  燃料電池
２  単セル
２３  電解質膜  
２４Ａ  アノード電極
２４Ｂ  カソード電極
２５Ａ  水素流路
６８  制御部
１００  燃料電池システム
６００  制御装置
【図１】
2011018856.tif 000003
【図２】
2011018856.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011018856.tif 000006
【図５】
2011018856.tif 000007
【図６】
2011018856.tif 000008
【図７】
2011018856.tif 000009
【図８】
2011018856.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年4月14日(2010.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のセル内の含水量を制御する方法であって、
燃料電池のセルのアノード電極側に供給される燃料ガスの流量と圧力を、制限条件を満たすように調整して、燃料電池のセル内の含水量を制御し、
前記制限条件は、燃料ガスの流量が、セル内のカソード電極側からアノード電極側へ移動する水移動量が上限となる流量を超えないこと、又は前記燃料電池から排出されたオフガスを処理して前記燃料電池のセル内のアノード電極に供給するためのガス循環装置の動力損失の上限を超えないことの少なくともいずれかである、燃料電池の含水量制御方法。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記制限条件は、セル内のアノード電極側に供給される燃料ガスの所定の分圧を確保することである、請求項１に記載の燃料電池の含水量制御方法。
【請求項４】
前記制限条件は、セル内のアノード電極側から排出されるガスの排出性を確保することである、請求項１又は３に記載の燃料電池の含水量制御方法。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
セル内の含水状態を検出し、当該検出結果に基づいて、前記セル内の含水量が目標含水量になるように前記燃料ガスの流量と圧力を調整する、請求項１、３、４のいずれかに記載の燃料電池の含水量制御方法。
【請求項７】
前記セルのアノード電極側のガス流路のアノード電極面内における所定位置の含水状態を検出し、当該検出結果に基づいて、前記セルの前記所定位置の含水量が目標含水量になるように前記燃料ガスの流量と圧力を調整する、請求項６に記載の燃料電池の含水量制御方法。
【請求項８】
燃料電池を有する燃料電池システムであって、
燃料電池のセルのアノード電極側に供給される燃料ガスの流量と圧力を、制限条件を満たすように調整して、燃料電池のセル内の含水量を制御する制御部を有し、
前記制限条件は、燃料ガスの流量が、セル内のカソード電極側からアノード電極側へ移動する水移動量が上限となる流量を超えないこと、又は前記燃料電池から排出されたオフガスを処理して前記燃料電池のセル内のアノード電極に供給するためのガス循環装置の動力損失の上限を超えないことの少なくともいずれかである、燃料電池システム。
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
前記制限条件は、セル内のアノード電極側に供給されるガスの所定の分圧を確保することである、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制限条件は、セル内のアノード電極側から排出されるガスの排出性を確保することである、請求項８又は１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
セル内の含水状態を検出する検出部材を有し、
前記制御部は、前記検出部材による検出結果に基づいて、前記セル内の含水量が目標含水量になるように前記ガスの流量と圧力を調整する、請求項８、１０、１１のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記検出部材は、前記セルのアノード電極側のガス流路のアノード電極面内における所定位置の含水状態を検出し、
前記制御部は、前記検出部材による検出結果に基づいて、前記セルの前記所定位置の含水量が目標含水量になるように前記ガスの流量と圧力を調整する、請求項１３に記載の燃料電池システム。
【国際調査報告】
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